基于加固实验教学的预加轴力加载装置研制

2018-05-09黄柳云贾松林

四川建筑 2018年2期

胡强，李暾，黄柳云，贾松林

(广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州 545006)

现役钢筋混凝土结构建筑物由于诸多原因，如设计或者施工不当出现质量问题、使用环境及维护不足造成损坏、自然灾害或其他因素导致损坏、建筑使用功能发生改变等导致其承载力不足，尤其是钢筋混凝土柱等承重构件，需要加固以保证其承载能力，使结构能满足可靠性要求，继续使用。但现行的钢筋混凝土柱的加固研究及教学实验大多只考虑柱承载力的提高，而对柱实际承受的轴力往往不予考虑，即柱的加固研究尚未考虑轴力的影响，这与原加固柱的实际受力情况并不一致。加固试验为了更好地模拟柱轴力的影响，本文提出采用施加预应力的方式模拟原柱轴力，并设计出一套可施加轴力的加载装置。

1 预加轴力加载装置的构造

预加轴力加载装置的构造如图1所示，该装置由上下端部钢筋混凝土块(端块、底座)、试件、预应力装置、吊环组成。端块和底座连接加固试件，使加载时避免试件端部应力集中而导致试件破坏，同时也作为预应力施加的台座。端块与底座上设置PVC塑料管作为预应力钢绞线的管道，上下表面设置垫块与预应力锚具(由于锚固处构造复杂，锚具未在图中示出)。底座表面左右各设置一个吊环用于试件吊装，端块左右侧面各设置一个吊环用于吊装时固定吊索以确保吊装时试件的稳定性。

图1 试件及加载装置构造

2 试件制作与加载流程控制

考虑原加固柱轴力影响的加固试验过程相对较为复杂，在试件制作和加固过程中，需预先施加轴力，并一直保持该轴力到最后加载完成。由于加固施工需要一定的时间，尤其采用增大截面法时，加固混凝土也需要养护，故而不能直接在加载装置上施加轴力，只能采用其他方法。采用预应力施加轴力需要的空间小、轴力施加简单且可长时间保持轴力值大小，对试件的吊装、运输的影响不大，因此，本文采用预应力的方法施加轴力。考虑轴力的钢筋混凝土柱的加固试验可分为3步：

(1)首先是原加固柱的制作，制作时除绑定试件和台座的钢筋笼、支模板外，还需固定PVC管以预留预应力钢绞线管道、固定锚具和垫片、设置吊环等。

(2)然后浇筑混凝土并养护，同时准备用于加固的相关材料和制作相关配件，待28 d后施加预应力，预应力的大小若有实际工程背景可按实际情况确定，若无工程背景可按GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》[1]的相关规定确定其轴压比，进而计算出加固柱的预加轴力值。

(3)对试件进行加固。根据不同的加固方法进行加固操作，加固完成之后，再进行加载。若采用增大截面法，加固混凝土也需养护28 d，然后进行加载。

在试件设计时，需严格计算以保证端块和底座混凝土在预应力作用下的抗剪、抗弯及局部受压承载力；同时也需考虑加载时在端块顶部产生的应力集中、台座与试件连接部位的应力集中等。这些部位需按GB 50010-2010《混凝土设计规范》与GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》进行承载力计算并采取相应的构造措施，以防止试件因应力集中引起的局部破坏而导致试验的失败。预应力的制作、施加及相关预应力损失的计算应按相关规范计算[3-4]，预加轴力的取值应考虑预应力损失的影响。